|
 Третье поколение компьютеров разрабатывалось с 1964 по 1974 год на новой элементной базе, осуществился переход к интегральной технологии. Развивающаяся авиационная и космическая техника предъявляли повышенные требования к электронным устройствам, в том числе и к компьютерам, требуя высокой надежности, уменьшения габаритов и потребляемой мощности, высокого быстродействия.
Впервые идея создания интегральных схем - устройств, вмещающих в себя, как минимум, фрагменты электронных схем, начала активно обсуждаться в 1952 году в Англии. Начало этому положил эксперт по радарам Дж. Даммер (G.W.A. Dummer). В 1952 году Г.В. Даммер выдвинул идею создания монолитной полупроводниковой интегральной схемы, но только в 1962 году началось промышленное производство интегральных схем.
Благодаря интегральным схемам удалось значительно улучшить технические и эксплуатационные характеристики компьютеров. Быстрыми темпами развивалась технология производства больших интегральных схем. В 1971 году фирма Intel выпустила первый 4-х разрядный микропроцессор, выполненный на одном кристалле и способный выполнять набор из 45 команд, в то время его называли микропрограммным компьютером на одном кристалле.
Микропроцессор Intel-4004
Микропроцессор содержал 2300 транзисторов на кристалле, тактовая частота составляла 108 кГц, быстродействие 60000 оп/сек., адресуемая память 640 байт.
В 1974г. эта же фирма выпустила 8-разрядный микропроцессор 8080, выполняющий набор из 75 команд.
Так выглядел один из первых
микропроцессоров фирмы Intel
Технологической основой разработки полупроводниковых интегральных схем явилась планарная диффузионная технология изготовления кремниевых транзисторов. Серийный выпуск полупроводниковых интегральных схем был налажен в США в 1961г.
Интегральные схемы, установленные
на материнской плате компьютера.
Появление ИС означало подлинную революцию в вычислительной технике. Всего одна микросхема способна заменить тысячи, миллионы транзисторов. Один крошечный кристалл обладает значительно большими вычислительными возможностями, чем 30-тонный Эниак! Быстродействие ЭВМ третьего поколения возросло в 100 раз, а габариты значительно уменьшились.
Ко всем достоинствам ЭВМ третьего поколения добавилось еще и то, что их производство оказалось дешевле, чем производство машин второго поколения. Благодаря этому, многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения самых различных задач.
Первый экспериментальный компьютер на интегральных схемах был создан фирмой "Тексас Инструментс" по контракту с ВВС США. Разработка велась 9 месяцев и была завершена в 1961г. Компьютер имел всего 15 команд, был одноадресным, тактовая частота была 100 кгц, емкость запоминающего устройства всего 30 чисел, для представления чисел использовалось 11 двоичных разрядов. Для создания компьютера использовалось 587 интегральных схем, потребляемая мощность составляла всего 16вт., вес 585 гр., занимаемый объем
100 кубических сантиметров.
![]() Космические компьютеры (слева компьютер "Apollo 15",
побывавший на Луне)
Вначале для производства компьютеров использовались схемы малой интеграции. Совершенствование технологии позволило усложнить микросхемы, появились микросхемы средней интеграции (СИС)
  Логический модуль компьютера Apollo (1960г.),
и компьютер Apollo(1968г.)
Затем из всего многообразия микросхем были выделены фу
ционально-полные комплекты интегральных схем, предназначенные для построения контроллеров и вычислительных машин.
Для вычислительной техники характерно использование большого количества однотипных логических элементов особенно в устройствах памяти. Технология изготовления интегральных схем памяти проще, отличается повторяемостью соединений, потому первыми большими интегральными схемами стали БИС памяти. БИС содержали от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч элементов на кристалле.
![]()
Компьютеры фирмы IBM, выпущенные в 60-е годы.
Отметим существенные признаки компьютеров третьего поколения.
Осуществился переход к новой элементной базе - переход от дискретных полупроводниковых элементов к интегральным схемам. Снова уменьшились габариты и потребляемая мощность компьютеров, возросла надежность.
В центральный процессор вводится система прерываний. Все управление компьютером автоматизировано. Управление осуществляет комплекс программ, объединенный в операционную систему(ОС). Полъзователь общается с компьютером через ОС, которая синхронизирует работу аппаратной части, используя систему прерывания и таймер - электронные часы. Широко используется многопрограммный режим работы.
Развивается иерархия памяти. Оперативная память делится на блоки с независимыми системами управления. Эти блоки могут работать одновременно. Структура оперативной памяти делится на страницы и сегменты.
Создаются семейства, ряды компьютеров, программно совместимых снизу вверх.
Вводятся специальные периферийные процессоры (каналы) для управления внешними запоминающими устройствами и периферийными устройствами. В компьютерах третьего поколения появился расширенный набор внешних устройств. Были разработаны устройства внешней памяти с увеличенной емкостью и скоростью передачи данных. Первые устройства внешней памяти на магнитных дисках появились в начале 60-х годов, после того как в 1956г. фирма IBM разработала плавающие магнитные головки на магнитной подушке. Емкость
магнитных дисков стала на порядок больше, чем емкость магнитных барабанов, применявшихся ранее.
Появились устройства ввода графической информации с чертежа, оптические читающие устройства, графопостроители.
Машины третьего поколения оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией, единица адресации памяти байт, а не слово ( длина слова стала 4 байта, используются полуслова и двойные слова). У машин третьего поколения появилась возможность параллельной работы устройств и, как следствие, возможность работы нескольких пользователей в режиме разделения времени.
Широко разрабатывается класс больших универсальных компьютеров (мэйнфреймов), повышается эффективность использования компьютеров, используется мультипрограммный режим работы. Мейнфреймы долгое время оставались наиболее мощными (не считая суперкомпьютеров) вычислительными системами общего назначения, обеспечивающими непрерывный круглосуточный режим эксплуатации. Они строились на одном или нескольких процессорах, каждый из которых мог оснащаться векторными сопроцессорами (ускорителями
операций для получения сверхвысокой производительности).
Компьютер IBM360, выпущенный в 1964 году, можно считать типичным универсальным компьютером третьего поколения, определившим общие черты компьютеров этого класса.
  Общий вид компьютера IBM360 и панель управления
(крупным планом)
Производительность компьютеров достигала в 60-х годах несколько миллионов операций в секунду. Объем оперативного запоминающего устройства увеличился до сотен тысяч слов, а внешнего запоминающего устройства до миллиардов слов. Компьютеры оснащаются все более совершенными устройствами обмена информации с пользователями. Применение интегральных схем наряду с повышением качества средств вычислительной техники позволило автоматизировать их проектирование и производство.
Объявление в 1964 г. системы IBM-360 и начало поставок в 1965 г. первых машин, имеющих единую архитектуру и различную производительность, наглядно продемонстрировало, что создание полностью совместимых систем ЭВМ возможно в широком диапазоне производительности. В СССР единственной попыткой выпуска ряда машин различной производительности, имеющих близкую (но не единую) архитектуру и конструктивно-технологическую базу, была серия "Урал"–11,14,16. Но она имела существенные ограничения как по
производительности старшей модели (100 тыс. операций в секунду), так и по степени совместимости моделей. Нужна была новая разработка на микролектронной базе.
В 1969 году Советский Союз заключил соглашение о сотрудничестве в разработке Единой системы ЭВМ (ЕС ЭВМ) и системы малых ЭВМ (СМ ЭВМ). За образец была взята лучшая в то время американская система IBM360.
Ориентация в дальнейшем советской промышленности на изучение "зарубежных технологий" привела к стойкому отставанию в области вычислительной техники. В 1972 году были созданы первые аналоги (клоны) компьютеров фирмы IBM, получившие название ЕС ЭВМ. Единая с американской система электронных вычислительных машин была разработана странами СЭВ (Совета экономической взаимопомощи - Болгарией, Венгрией, ГДР, Польшей, Чехословакией и СССР) и базировалась на архитектуре IBM 360/370.
![]()
Компьютер IBM360/20
Дальнейшее развитие компьютеров этого класса предусматривало преемственность и совместимость, в IBM370 была сохранена система команд IBM360, для повышения производительности компьютера был введен принцип конвейерного управления с опережающей обработкой команд. Была введена параллельная и конвейерная обработка данных в операционном блоке, использовалась виртуальная память (особая организация управления памятью, которая позволяет рассматривать всю память компьютера, как основную), КЭШ память (буферная
память, позволяющая согласовать скорости обмена данными быстрых и медленных устройств памяти). На базе универсальных компьютеров стало возможно создание вычислительных систем, обслуживающих удаленных пользователей. Производительность возросла до нескольких миллионов операций в секунду. Идет унификация технических и программных средств, создаются семейства (ряды) ЭВМ единой системы.
К отечественным машинам третьего поколения, выполненным на интегральных микросхемах относятся все ЕС ЭВМ - ЕС-1010 (быстродействие до 10 тыс. операций в секунду, объем оперативной памяти от 8 до 64 Кб), ЕС-1020,ЕС-1021 (15 тыс. операций в секунду,от 16 до 64 Кб), ЕС-1030,ЕС-1033, ЕС-1040,ЕС-1045, ЕС-1050 (500 тыс. операций в секунду, от 256 до 1024 Кб),ЕС-1055, ЕС-1060 (1,0-1,3 млн. операций в секунду, от 2048 до 8192 Кб), ЕС-1061, ЕС-1066 (более 2 млн. операций в секунду, 8192 Кб) и др.
Кроме того был налажен широкий выпуск микро и миниЭВМ, таких как Электроника-60, Электроника-100/125, Электроника-79, СМ-3, СМ-4 и др. Эти машины, как машины третьего поколения, оперируют с произвольной буквенно-цифровой информацией, единица адресации памяти 1 байт, (длина слова 4 байта), используются полуслова и двойные слова, используется возможность параллельной работы устройств и работа нескольких пользователей в режиме разделения времени.
Первой ЭВМ, разработанной в Советском Союзе на интегральных микросхемах была, построенная в 1970г. в Ереванском научно-исследовательском институте математических машин, ЭВМ "Наири3" и ее модификации "Наири3-1" и "Наири3-2" (на интегральных гибридных микросхемах).
Электронная цифровая вычислительная машина "Наири3" была предназначена для решения широкого круга инженерных, научно-технических, планово-экономических и учетно-статистических задач.
ЭВМ "Наири3"
В машине использовался упрощенный машинный язык, облегчающий программирование, а также, был введен специальный режим автоматического программирования, позволявший вводить задачи на обычном математическом языке. Часто встречающиеся задачи могли выполняться на машине без предварительной подготовки при помощи внутренней библиотеки программ.
Для непосредственного выполнения арифметических операций и вычисления ряда фу
ций был предусмотрен режим "счетной машины".
Основной особенностью ЭВМ "Наири3" было двухступенчатое построение микропрограммного устройства управления, обеспечивающее хранение больших массивов микропрограмм.
Возрастает по численности новый класс машин, класс миникомпьютеров. Имея сокращенный набор команд, высокую скорость их выполнения они, хотя и были предназначены для управления технологическими процессами и обработки экспериментальных данных, но постепенно стали использоваться для инженерных и универсальных расчетов. Структура миникомпьютера была проста, производительность некоторых миникомпьютеров достигала нескольких миллионов операций в секунду, что превышало скорость работы многих
универсальных компьютеров. Представителями этого класса машин были миникомпьютеры фирмы DEC (Digital Equipment Corporation), которая выпустила в 1963 году компьютер PDP5 (Programed Data Processor 5), а в 1965 году - PDP8. Это были 8-разрядные, просто устроенные, неприхотливые и небольшие по габаритам компьютеры. Применялись они для управления и сбора информации в физических экспериментах, для автоматизации управления технологическими процессами. 
Компьютер PDP8 в работе
![]() Компьютер семейства PDP8
В 1972 году фирмой MITS (Micro Instrumentation and Telemetry Sistems - микро аппаратура и телеметрические системы) был разработан первый цифровой компьютер MITS816, доступный для персонального использования. В 1973 году фирма Xerox выпустила первый персональный компьютер Alto, укомплектованный монитором.
![]()
Персональный компьютер Alto
![]()
Персональный компьютер Apolo
Ведутся работы по созданию сверхбыстродействующих компьютеров (суперкомпьютеров), в 1964 году был создан компьютер CDC6600, а в 1969 году - CDC7600, вошедшие в семейство CYBER. Для повышения быстродействия в суперкомпьютерах использовались методы конвейерной и параллельной обработки при помощи процессора сложной структуры, состоящего из матрицы процессоров обработки данных и специального управляющего процессора, который распределяет задачи и управляет потоком данных в системе.
В начале 70-х годов были выпущены первые машины семейства PDP11, объединенные единой архитектурой, но отличающиеся высокой производительностью. Эта архитектура стала образцовой в классе миникомпьютеров.
 
PDP11 Мир1
Продолжением этой линии можно считать суперминикомпьютеры Digital Equipment Corp VAX11/730, 750, 780 и т.д. Правда, система команд VAX заметно отличается от системы команд семейства PDP11, разрядность машинного слова 32 (в два раза больше), увеличено адресное пространство, емкость оперативного запоминающего устройства возросла до 8 Мбайт.
 
Компьютер VAX 11/780
Само названиие компьютера указывает на то, что используется виртуальная память, VAX - Virtual Adress eXtended - память, расширенная виртуальными адресами. Адресное пространство виртуальной памяти составляло 4,3 гигабайта.
Для начальной загрузки системного программного обеспечения использовался терминал (консоль). Загрузка системных программ производилась с накопителя на гибких магнитных дисках. Связь центрального процессора VAX с оперативной памятью и внешними устройствами осуществлялась через синхронное межсоединение. Физически оно представляло собой набор разъемов, в которые вставлялись модули на печатных платах. Разрядность ячеек памяти 1 байт.
В состав центрального процессора VAX входило:
-логическое устройство, управлявшее извлечением команд из памяти и их выполнением;
-арифметико-логическое устройство;
-шестнадцать доступных программисту 32 разрядных регистра.
В эти годы появилось и новое поколение терминальных устройств с клавиатурой для ввода информации и дисплеем.
Терминальное устройство
Терминальные устройства могли быть и сложными, в них встраивались мини-компьютеры для осуществления удаленной связи с универсальными компьютерами, для сбора и предварительной обработки информации.
Создаются сверхпроизводительные компьютеры с конвейерной (потоковой), матричной, ассоциативной и мультипроцессорной архитектурой. Каждый тип архитектуры предназначен для решения своего типа задач, Эти компьютеры уже не являются универсальными в широком смысле слова.
При потоковой организации вычислительного процесса, поток обрабатываемых данных проходит через конвейер из процессоров. Каждый процессор выполняет свою команду. Результаты выполнения операции одним процессором служат входными данными для следующего за ним процессора. Через моменты времени, необходимые каждому процессору для выполнения операции на выходе системы появляются данные.
В компьютерах матричной архитектуры одну и ту же команду выполняют одновременно все процессоры (с различными данными). Ассоциативная архитектура является вариацией матричной, но процессоры содержат ассоциативную память (выбор данных из ассоциативной памяти производится по ассоциативному признаку, а не по адресу).
Мультипроцессорная организация предполагала наличие нескольких процессоров, каждый процессор связан со всеми другими, все процессы используют общее поле памяти.
В 1972 году был создан сверхпроизводительный компьютер ILIAC4 (США) с конвейерной архитектурой, включавшей 64 процессора. Это был наиболее крупный проект среди компьютеров третьего поколения. Разрабатывали компьютер сотрудники Илинойского университета во главе с Д.Слотником. Компьютер был предназначен для решения системы уравнений в частных производных при помощи итерационных разностных схем. Решение такой задачи может быть ускорено в 64 раза по сравнению с последовательным вычислением на
однопроцессорном компьютере. Максимальное быстродействие компьютера 200млн.операций в секунду. Оперативная память была выполнена на интегральных схемах.
![]()
Компьютер ILIAC4
При разработке компьютера ILIAC4 планировалось использование всех достижений того времени для того, чтобы получить максимально высокую производительность, превышающую на один или два порядка производительность самых быстродействующих в то время компьютеров, таких как "Барроуз8500" (август 1967 года), IBM360/90 (ноябрь 1967 года), "Контрол Дейта 7600". В проекте было решено использовать мультипроцессорную организацию, высокую степень интеграции микросхем, применять наиболее быстродействующие
элементы интегральной технологии.
В процессе реализации проект подвергся существенным изменениям. Первый вариант проекта, разработанный в 1966 году предусматривал использование 8 вычислительных комплексов. Каждый вычислительный комплекс должен был содержать 16 устройств обработки данных, параллельно подключающихся к общему оперативному устройству памяти.
Во втором варианте структуры ILIAC4 в состав системы должно было войти 256 устройств обработки данных, состоящих из процессоров, выполненных в виде монолитных полупроводниковых интегральных схем. В качестве носителя информации в запоминающем устройстве предполагалось использовать то
ие магнитные пле
и, или полупроводниковые интегральные схемы. Устройства обработки данных должны были составить 4 массива по 64 устройства в каждом. Для общего управления системой планировалось использовать компьютер "Барроуз 8500". Система должна была иметь номинальное быстродействие 1млрд.оп/сек. Но стоимость проекта оказалась слишком велика и был реализован сокращенный вариант проекта с быстродействием 200млн.оп/сек.
В 1974 году создается компьютер STAR100 с конвейерной архитектурой, максимальная производительность 100 млн.операций в секунду.
В 1975 году создается ассоциативный компьютер STARAN4. Его максимальное быстродействие составляло 300 млн.операций в секунду. Основная операция - сравнение.
Все перечисленные архитектуры получили дальнейшее развитие в компьютерах четвертого поколения.
Источники информации:
1. http://www.computerhistory.org/timeline
История вычислительной техники от 1945 до 1990гг.
2.http://www.computer-museum.ru/
History_CCCP/es_hist.htm
Семейство ЕС ЭВМ
3. http://www.cs.uregina.ca/~bayko/cpu.html
Great Microprocessors of the Past and Present
4.http://www.osp.ru/os/1999/02/12.htm
Школа Б.И.Рамеева, универсальные ЭВМ
5.http://www.osp.ru/os/1999/03/10.htm
Школа И.С.Брука. Малые и управляющие ЭВМ
|
